KR102082497B1 - 전지팩의 퓨즈 조립 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정해진 개수가 서로 인접하게 배열되고, 서로 전기적으로 연결되는 복수개의 셀과 상기 복수개의 셀을 지지하는 셀 프레임을 포함하는 복수개의 셀 모듈; 상기 셀 모듈에 대하여 충방전 제어 기능을 제공하는 BMS 보드; 및 상기 BMS 보드에 실장되고, 한쪽 단자는 상기 셀 모듈에 전기적으로 연결되고 다른쪽 단자는 상기 BMS 보드에 전기적으로 연결되어 있는 퓨즈 단자대; 및 상기 퓨즈 단자대에 장착되어 과전류 차단 기능을 제공하는 퓨즈;를 포함하는 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 개시한다.

Description

전지팩의 퓨즈 조립 구조{FUSE ASSEMBLY STRUCTURE OF SECONDARY BATTERY PACK}

본 발명은 전지팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 모듈에 연결되는 퓨즈의 설치 구조가 개선된 전지팩의 퓨즈 조립 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 전지팩은 다수의 단위셀들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속하여 제조된다.

단위 셀로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스바 등의 접속부재로 연결하여 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 이차전지가 단위전지로서 유리하다.

반면에, 원통형 셀은 일반적으로 각형 및 파우치형 이차전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 셀의 외형적 특성상 적층구조로의 배열이 용이하지 않다. 이러한 원통형 셀은 전지팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 경우 각형 또는 파우치형 셀에 비해 구조적으로 유리한 점도 있다.

따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC, 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스의 경우에는 다수의 원통형 셀들을 직렬방식 또는 병렬 및 직렬방식으로 연결한 전지팩이 많이 사용되고 있다.

병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 셀들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.

직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들을 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 이차전지들을 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.

이러한 원통형 셀들은 소정의 셀 프레임을 통해 정해진 개수로 배열되고 메탈 플레이트에 의해 서로 전기적으로 연결됨으로써 하나의 셀 모듈을 이룬다. 이렇게 조립된 셀 모듈들은 정해진 개수가 모여서 하나의 전지팩을 이루게 된다.

이러한 전지팩은 와이어의 단락 등으로 인해 과전류가 흐를 경우 용단되어 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈를 구비한다.

도 1에는 종래기술에 따른 전지팩의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 종래기술에 따른 전지팩은 셀 모듈(10)과 BMS(Battery Management System, BMS) 보드(30) 사이에 퓨즈 홀더(20)가 마련되고, 퓨즈 홀더(20)에 퓨즈(21)가 설치되어 있다. 이때, 퓨즈(21)는 셀 모듈(10)에서 연장된 제1 와이어(22)와, BMS 보드(30)에 실장된 단자(31)와 연결된 제2 와이어(23) 사이에 개재된 구조를 가진다.

하지만, 이러한 퓨즈 조립 구조는 전지팩 내에 퓨즈 홀더(20)를 배치하기 위한 공간이 확보되어야 하고 퓨즈(21)와 BMS 보드(30)를 연결하기 위한 별도의 제2 와이어(23)가 필요한 단점이 있다.

전지팩의 퓨즈 조립 구조와 관련하여, 특허문헌 1에는 전지측 커넥터 하우징에 퓨즈가 배치되어 본체부로부터 연장된 단자와 전지측 커넥터 하우징과 접속된 전선을 서로 접속하는 것을 특징으로 하는 커넥터 및 와이어 하네스가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제2014-0088584호

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 공간 활용도를 높일 수 있는 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 퓨즈와 BMS 보드를 연결하는 와이어를 생략할 수 있는 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 정해진 개수가 서로 인접하게 배열되고, 서로 전기적으로 연결되는 복수개의 셀과 상기 복수개의 셀을 지지하는 셀 프레임을 포함하는 복수개의 셀 모듈; 상기 셀 모듈에 대하여 충방전 제어 기능을 제공하는 BMS 보드; 및 상기 BMS 보드에 실장되고, 한쪽 단자는 상기 셀 모듈에 전기적으로 연결되고 다른쪽 단자는 상기 BMS 보드에 전기적으로 연결되어 있는 퓨즈 단자대; 및 상기 퓨즈 단자대에 장착되어 과전류 차단 기능을 제공하는 퓨즈;를 포함하는 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 제공한다.

바람직하게, 전지팩의 퓨즈 조립 구조는 상기 퓨즈 단자대의 상기 한쪽 단자와 상기 셀 모듈을 서로 연결하는 접속 와이어;를 포함할 수 있다.

상기 퓨즈 단자대는 상기 BMS 보드 상에서 서로 이격되게 배치된 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고, 상기 제1 단자 및 제2 단자 중 어느 하나는 상기 접속 와이어에 연결되고 다른 하나는 상기 BMS 보드의 인쇄회로패턴에 연결될 수 있다.

상기 제1 단자 및 제2 단자의 하부에는 각각 제1 접속편과 제2 접속편이 겹쳐지게 배치되어 상기 BMS 보드에 고정될 수 있다.

상기 접속 와이어는 링 터미널에 의해 상기 퓨즈 단자대에 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 별도의 퓨즈 홀더 설치 공간이 요구되지 않으므로 전지팩의 공간 활용도를 높일 수 있다.

또한, 퓨즈 단자대에 의해 퓨즈와 BMS 보드를 연결하는 와이어가 생략되므로 전지팩의 내부 구성을 간소화할 수 있고 퓨즈 조립 작업이 편리한 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 일부 분리 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 퓨즈 조립 구조를 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 퓨즈 조립 구조는 정해진 개수가 서로 인접하게 배열된 복수개의 셀 모듈(100)과, 셀 모듈(100)에 대하여 충방전 제어 등의 기능을 제공하는 BMS 보드(120)와, BMS 보드(120)에 실장된 적어도 하나 이상의 퓨즈 단자대(110)와, 퓨즈 단자대(110)에 장착되는 퓨즈(111)를 포함한다.

셀 모듈(100)은 정해진 개수의 셀(101)이 소정의 행과 열을 이루며 배열되고 셀(100)들의 길이방향 앞뒤 부분에는 소정 형상의 셀 프레임이 결합되어 있는 구조를 가진다. 셀(101)들의 배열 형상은 도면에 도시된 예에 한정되지 않고 다양한 변형예가 있을 수 있다. 바람직하게, 셀(101)은 통상의 리튬이온 원통형 셀로 이루어지고, 복수개의 셀(101)은 측면이 서로 인접하도록 평행하게 배열된다.

셀 모듈(100)에는 적어도 하나의 접속 와이어(102)가 인출되어 있다. 바람직하게, 접속 와이어(102)의 끝부분에는 퓨즈 단자대(110)와의 연결을 위한 링 터미널(102a)이 부착되어 있다.

BMS 보드(120)는 셀 모듈(100)들에 대한 충방전 제어 기능을 비롯하여, 셀 밸런싱 제어와 같은 셀 관리 기능을 제공할 수 있는 각종 전자부품 및 인쇄회로패턴이 집합된 회로기판이다. 이러한 BMS 보드(120)를 구현하기 위한 기술적 수단으로는 통상의 기술이 채용 가능하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

퓨즈 단자대(110)는 BMS 보드(120) 상에 실장된 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b)를 구비한다. 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b) 중 어느 하나, 예컨대 제1 단자(112a)는 적어도 셀 모듈(100)에서 연장된 접속 와이어(102)와 전기적으로 연결되고, 나머지 제2 단자(112b)는 BMS 보드(120)의 소정 인쇄회로 패턴과 전기적으로 연결된다. 필요할 경우 제1 단자(112a)는 BMS 보드(120)의 소정 인쇄회로 패턴과 추가적으로 연결되는 것도 가능하다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b)의 하부에는 각각 제1 접속편(113a)과 제2 접속편(113b)이 겹쳐지게 배치되어 BMS 보드(120)에 납땜 등으로 고정된다. 여기서, 제1 단자(112a)와 제2 단자(112b)는 상면으로부터 수직하게 연장되어 제1 접속편(113a)과 제2 접속편(113b)을 둘러싸는 측면부를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따르면 사방으로부터 가해지는 진동이나 충격에 의해 제1 단자(112a)와 제2 단자(112b)가 움직이는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b)는 각각에 대응하는 접속편(113a,113b)과 겹쳐지게 배치되고, 퓨즈(111)가 올려진 상태에서 체결 볼트(105)와 결합된다. 체결 볼트(105)는 퓨즈(111)의 양단을 관통하여 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b)에 각각 형성된 통공(114a,114b)에 삽입되어 접속편(113a,113b)에 나사결합됨으로써 퓨즈 단자대(110)에 퓨즈(111)를 고정한다. 이러한 결합 관계를 구현하기 위해, 제1 단자(112a)와 제2 단자(112b) 간의 이격거리는 퓨즈(111)의 크기에 부합하도록 설계된다. 즉, 제1 단자(112a)의 통공(114a)과 제2 단자(112b)의 통공(114b) 사이의 간격은, 체결 볼트(105)가 끼워지는 퓨즈(111)의 양단 홀 간격과 일치하도록 설계된다.

퓨즈(111)는 퓨즈 단자대(110)에 장착되어 과전류 발생 시 용단됨으로써 과전류 차단 기능을 제공한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지팩의 퓨즈 조립 구조는 복수개의 셀 모듈(100)과 더불어 퓨즈 단자대(110)가 장착되어 있는 BMS 보드(120)를 준비한 후, 퓨즈 단자대(110) 위에 퓨즈(111)를 장착함과 아울러 셀 모듈(100)에서 연장된 접속 와이어(102)의 링 터미널(102a)를 퓨즈 단자대(110)의 제1 단자(112a)에 연결하는 조립 과정을 통해 얻어진다.

퓨즈 단자대(110)의 한쪽에 위치한 제1 단자(112a)는 셀 모듈(100)과 연결되고, 다른쪽에 위치한 제2 단자(112b)는 BMS 보드(120)와 연결된다. 따라서, 퓨즈(111)를 퓨즈 단자대(110) 위에 올려 놓은 후 제1 단자(112a) 쪽의 퓨즈(111) 단부 위에 접속 와이어(102)의 링 터미널(102a)을 겹쳐지게 배치하고 체결 볼트(105)를 이용해 퓨즈(111)의 양단을 퓨즈 단자대(110)에 고정함으로써 편리하게 퓨즈 조립 작업을 수행할 수 있다.

이러한 퓨즈 조립 구조에 따르면 전지팩의 공간 활용도를 높일 수 있으며, 퓨즈(111)와 BMS 보드(120)를 연결하는 별도의 와이어가 필요치 않으므로 전지팩의 내부 구성을 간소화할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 모듈 101: 셀
102: 접속 와이어 105: 체결 볼트
110: 퓨즈 단자대 111: 퓨즈
112a: 제1 단자 112b: 제2 단자
120: BMS 보드

Claims (5)

1. 전지팩의 퓨즈 조립 구조에 있어서,
   정해진 개수가 서로 인접하게 배열되고, 서로 전기적으로 연결되는 복수개의 셀(101)과 상기 복수개의 셀(101)을 지지하는 셀 프레임을 포함하는 복수개의 셀 모듈(100);
   상기 셀 모듈(100)에 대하여 충방전 제어 기능을 제공하는 BMS 보드(120); 및
   상기 BMS 보드(120)에 실장되고, 한쪽 단자(112a)는 상기 셀 모듈(100)에 전기적으로 연결되고 다른쪽 단자(112b)는 상기 BMS 보드(120)에 전기적으로 연결되어 있는 퓨즈 단자대(110); 및
   상기 퓨즈 단자대(110)에 장착되어 과전류 차단 기능을 제공하는 퓨즈(111);를 포함하며,
   상기 퓨즈 단자대(110)는 상기 BMS 보드(120) 상에서 서로 이격되게 배치된 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b)를 구비하며,
   상기 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b)의 하부에는 각각 제1 접속편(113a)과 제2 접속편(113b)이 겹쳐지게 배치되어 상기 BMS 보드(120)에 고정되며,
   상기 제1 단자(112a) 및 상기 제2 단자(112b)는 상면으로부터 수직하게 연장되어 상기 제1 접속편(113a)과 상기 제2 접속편(113b)을 둘러싸는 측면부를 구비하며,
   상기 전지팩의 퓨즈 조립 구조는,
   상기 퓨즈 단자대(110)의 상기 한쪽 단자(112a)와 상기 셀 모듈(100)을 서로 연결하는 접속 와이어(102);를 포함하며,
   상기 제1 단자(112a) 및 제2 단자(112b) 중 어느 하나는 상기 접속 와이어(102)에 연결되고 다른 하나는 상기 BMS 보드(120)의 인쇄회로패턴에 연결되며,
   상기 접속 와이어(102)는,
   상기 셀 모듈(100)에서 인출되며,
   링 터미널(102a)은,
   상기 접속 와이어(102)의 끝부분에 일체로 부착되게 마련되어 상기 퓨즈 단자대(110)에 연결되는 전지팩의 퓨즈 조립 구조.
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